Go语言如何实现stop the world？

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本文基于 Go 1.13。

在某些垃圾回收器算法中，“停止世界”(Stop the World: STW，下同)是跟踪内存使用最重要的阶段，它会停止程序的执行，以扫描内存使用，并添加写障碍。让我们回顾一下它在内部如何工作，以及它可能面临的潜在问题。

停止世界(Stop the world)

停止程序意味着停止所有正在运行的 goroutine。下面是一个执行 STW 的简单程序：

func main() { 
   runtime.GC() 
} 

运行垃圾回收器，将触发 STW 两个阶段。

有关垃圾回收器周期的更多信息，建议阅读我的另外一篇文章 “Go：垃圾收集器如何标记内存? ① ”

第一步：抢占所有正在运行的 goroutine：

goroutine 抢占

一旦 goroutine 被抢占，它们将在安全点停止。同时，P 处理器将(正在运行的代码或在空闲列表)被标记为已停止，以不运行任何代码：

P 标记为已停止

然后，Go 调度程序将运行，将每个 M 与其 P 各自分离，并将其放入空闲列表中：

M 已移至闲置清单

关于在每个上运行的 goroutine M，它们将在全局队列中等待：

Goroutine 在全局队列中等待

然后，一旦世界停止了，只有唯一活动的 goroutine 才能安全地运行，并在工作完成后启动整个世界。下面跟踪图将有助于理解此阶段发生在何时：

跟踪 “ STW”阶段

系统调用

“STW”阶段也可能会影响系统调用，因为它们可能会在 STW 时返回。让我们以一个密集执行系统调用的例子，并查看其如何处理：

func main() { 
   var wg sync.WaitGroup 
   wg.Add(10) 
   for i := 0; i < 10; i++ { 
      go func() { 
         http.Get(`https://httpstat.us/200`) 
         wg.Done() 
      }() 
   } 
   wg.Wait() 
} 

这是跟踪：

STW 阶段，系统调用正在结束。但是，由于没有可用 P(如上一节所述，它们都被标记为已停止)，goroutine 将被放入全局队列，并在世界恢复时稍后运行。

延迟时间

“STW” 第三步涉及将所有 M 与其 P 分离。但是，Go 将等待它们自行停止：在调度程序运行时，在 syscall 调用中等。等待 goroutine 被抢占应该很快，但是在某些情况下，可能会导致某些延迟。让我们以一个极端的情况为例：

func main() { 
   var t int 
   for i := 0;i < 20 ;i++  { 
      go func() { 
         for i := 0;i < 1000000000 ;i++ { 
            t++ 
         } 
      }() 
   } 
 
   runtime.GC() 
} 

在这里，“ Stop the World”阶段需要 2.6 秒：